Своды-оболочки и призматические складки

Своды-оболочки, или цилиндрические оболочки открытого про­филя* опирающиеся на жесткие торцовые диафрагмы и имеющие продольные бортовые элементы, являются весьма рациональным видом покрытия. Форма и характер опирания свода-оболочки обес­печивают ему пространственную работу, что позволяет использо­вать их при небольшой их массе для перекрытия значительных пролетов. Форма цилиндрических оболочек не отличается архитек­турной выразительностью, однако простота формы в значительной степени облегчает изготовление таких оболочек, позволяя без осо­бого раскроя широко использовать листовые материалы.

По статической схеме и характеру работы к сводам-оболочкам близки призматические складки, поверхность которых образована наклонными плоскими гранями. Складки с точки зрения расхода материала являются менее рациональной конструкцией, однако они проще в изготовлении. Своды-оболочки и складки выполняют в одноволновом и многоволновом вариантах. Такие покрытия, изго­товленные из дерева и пластмасс в различном конструктивном ис­полнении, нашли применение в общественном и промышленном строительстве.

В деревянных конструкциях применяют своды-оболочки и склад­ки (рис. 16.2) двух видов: тонкостенные и ребристые. В первом варианте сечение покрытия может быть сплошным (скле­енные между собой дощатые настилы) или каркасным (к каркасу из брусков высотой до 15 см на гвоздях и клею с одной или двух сторон крепятся обшивка из фанеры, древесноволокнистых плит или досок). Во втором варианте, в настоящее время устарелом, как правило, жесткие ребра располагают в поперечном направлении с шагом 2—6 м, а по ним укладывают продольный настил (для восприятия продольных усилий) и два косых настила под углом друг к другу (для восприятия сдвигающих усилий); иногда по реб­рам вместо настилов укладывают листы фанеры, обеспечивающие восприятие продольных и сдвигающих усилий.

Пластмассовые своды-оболочки и складки используют в таких конструктивных вариантах, в которых недостаточная жесткость ма­териала (невысокий модуль упругости) компенсирована увеличе­нием жесткости отдельных элементов, например за счет примене­ния объемных или трехслойных элементов.

Трехслойные цилиндрические оболочки пролетом до 25 м могут быть собраны из криволинейных трехслойных элементов за­водского изготовления (рис. 16.3, а). Конструкция трехслойного элемента аналогична трехслойной панели.

Рис. 16.2. Многоволновая складка из дерева:

/ — фанерный или дощатый настил; 2 — дере­вянное ребро; 3 — стальная затяжка

Рягчет свода-оболочки или призматической складки со свобод-о висяшиьш продольными краями при соотношении длины проле­та к длине волны /i//₂^3 /длинная оболочка) в про­дольном направлении на симметричную нагрузку

можно выполнять, как для балки корытообразного се­чения с недеформируемым контуром. Среднюю оболоч­ку или складку в многовол­новом покрытии независимо от соотношения пролета и длины волны можно также рассматривать как балку с недеформируемым контуром. В такой балке для вычисле­ния напряжений можно ис­пользовать формулы сопро­тивления материалов. При этом можно пренебречь не­равномерностью распределе­ния нормальных напряжений в продольном направлении ai (т. е. пренебречь изгиба­ющими моментами в про­дольном направлении mi). В расчете необходимо учесть продольные усилия в про­дольном и поперечном на­правлениях N\ и nz (рис. 16.3, б), сдвигающие усилия S, поперечные изгибающие моменты М₂=М и соответст­вующие им поперечные уси­лия Q2 = Q.

Наибольшие продольные нормальные напряжения о\ от равномерно распределен­ной нагрузки на единицу

площади q можно опреде- Рис. 16.3. Трехслойная цилиндрическая

лить, как для балки: оболочка из алюминия и пенопласта:

в — общий вид; б — схема внутренних усилий; I — диафрагма; 2 — панель; 3 — бортовой эле­мент; 4 — срединная поверхность

4W

где W — момент сопротивления поперечного сечения оболочки от­носительно нейтральной оси.

При вычислении положения нейтральной оси и величины W с известной степенью приближения можно пренебречь наличием

редких продольных ребер, расстоянием между обшивками в трех­слойном сечении и принять поперечное сечение оболочки очерчен­ным по срединной поверхности.

В оболочке возникают также усилия в поперечном направлении. Эти усилия можно найти из условий равновесия поперечной поло­сы единичной ширины, находящейся под действием внешней нагруз­ки и сдвигающих усилий. При расчете оболочки в поперечном на­правлении вычисляют момент инерции и момент сопротивления для продольного сечения единичной ширины с учетом всех особен­ностей структуры сечения.

Для оболочек и складок средней длины' (l=^/i//2^3) приведен­ную методику можно использовать лишь для ориентировочного расчета с целью назначения основных геометрических размеров в соответствии с заданными нагрузками и пролетами покрытия. Для более точного расчета может быть использован метод переме­щений.

Купола

Клееная древесина и конструкционные пластмассы нашли при­менение в куполах сплошного сечения ребристых, ребристо-кольце­вых и сетчатых.

Купола сплошного сечения могут применяться в различном кон­структивном исполнении: 1) гладкие из однородного материала

(оргстекла и полиэфирного стеклопластика) диаметром до 9 м в виде зенитных фо­нарей; пенопласта (диамет­ром до 24 м, в том числе в виде так называемых сомк­нутых сводов для общест-венных и жилых зданий); 2) из пространственных эле-ментов различной формы, обеспечивающей требуемую жесткость купола (диамет­ром до 30 м); 3) из трехслой-ных элементов (плоских или криволинейных), аналогич­ных трехслойным панелям (см. гл. 10).

Ребристый купол состо­ит из ребер в меридиональ­ном направлении, опираю­щихся на нижнее опорное кольцо по всему контуру и соединенных у вершины купола в верхнем кольце (рис. 16.4).

Ребристые купола нашли применение в зарубежном строитель­стве. Купола с ребрами из дощатоклееных деревянных арок могут

Рис. 16.4. Схематический план ребристого купола:

/ — ребро; 2 — опорное кольцо; 3 — прогоны; •? —

связи; 5 — связи поперечные; 6 — верхнее кольцо;

7 — настил

иметь пролеты до 100 м. Применяются они в основном в зданиях общественного и производственного назначения (цирки, концерт­ные залы, складские помещения).

Ширина сечения арки не меняется по длине и составляет 12— 25 см, а высота сечения может быть либо постоянной, либо пере­менной величиной и составлять 70—120 см.

Нижнее опорное кольцо изготовляют круглым или многоуголь­ным из железобетона или стали, верхнее — круглым из дерева или „стали. Горизонтальный распор арок должен быть воспринят ниж­ним опорным кольцом. Оно же в случае его сплошного опирания передает вертикальные усилия на фундамент.

Соединение полуарок в верхнем кольце и опирание на нижнее кольцо рекомендуется выполнять, как правило, шарнирным. Опо­ра купола должна обеспечить возможность свободных перемеще­ний по направлению радиусов основания купола и не допустить тан- • генциальных перемещений, для чего используют цилиндрические катки.

В ребристых куполах по аркам идут прогоны. По прогонам ук­ладывают в два слоя настил из досок — продольный и косой. " В расчете арок жесткость прогонов и настила не учитывается. Для обеспечения естественного освещения настил может быть выполнен из светопрозрачных волнистых листов стеклопластика.

Каждая арка воспринимает только те нагрузки, которые прило­жены в ее плоскости. Для восприятия нагрузок, направление кото­рых не лежит в плоскости арки (например, ветровая нагрузка, ко­торая не может действовать одновременно в плоскости всех арок), устраивают жесткие связи по верхнему поясу арок не меньше чем в двух парах диаметрально расположенных секторов купола от его вершины до опорного кольца. Конструкции покрытия (например, дощатые настилы) могут также участвовать в восприятии этих нагрузок.

Устойчивость плоской формы изгиба ребра купола обеспечива­ется теми же средствами, что и в одиночных арках (см. гл. 13). Ребристо-кольцевой купол состоит из системы меридиональных ребер и колец, объединенных в 'пространственную систему, рабо­тающих совместно и воспринимающих усилия в меридиональном и кольцевом направлениях.

Дощатоклееные ребра и кольца имеют сплошное прямоугольное сечение. Высота сечения ребра при этом меньше по сравнению с ребристым куполом такого же диаметра. При пролетах 90—100 м высота сечения ребер и колец 30—50 см. Сопряжение колец с реб­рами может быть жестким или шарнирным. Связи по верхнему поясу и поперечные связи устраивают так же, как в ребристых ку­полах.

Сетчатые купола имеют решетку, которая образована винтовы­ми линиями двух направлений и составлена из деревянных косякоз с криволинейным верхним краем; они называются также кружаль-но-сетчатыми куполами. По форме они могут быть сферического очертания или из сомкнутых сводов. В современных конструкциях

косяки сетчатых куполов изготовляют клееными из досок, что воз­водило применять их при перекрытии пролетов до 50 м и более.

Находят также применение сетчатые купола, изготовленные ли-, бо целиком из пластмасс, либо в сочетании с алюминиевыми или стальными ребрами и имеющие форму многогранника с плоскими гранями, вписанного в поверхность купола.